块体金属玻璃.PDFVIP

Physics Today 攫英 块体金属玻璃 （合肥工业大学 张博 编译自 Jan Schroers. Physics Today, 2013,(2):32， 原文详见） 块体金属玻璃是一种典型的工程材料，它拥有比钢还要高的强度，同时能够像塑料一样模压和成形。 在 2013 年 2 月出版的Physics 分独特的性质：一方面，由于其非晶 度）的10 倍时，它才有塑性。对于 Today 杂志上刊登了耶鲁大学Jan 和无缺陷的微观结构，它成为已知强 大多数BMGs 而言，其临界裂纹长度 Schroers 教授撰写的题为 《块体金属 度最高的工程材料之一，同时因为它 大约为100μm ，所以为了获得弯曲塑 玻璃》的文章，重点介绍了块体金属 具有处于固体和液体之间的奇特的热 性就要求其铸件厚度为 1mm 或更 玻璃优异的类似塑料一样的加工变形 力学状态 （过冷液体状态），它可以 少。以上这些关于力学性能的讨论适 能力，并且对未来金属玻璃材料的研 像塑料一样被加工成无缝的中空容器 用于室温和远低于T 的温度范围，对 G 究和应用进行了展望。 和其他不能由传统金属材料加工而成 大多数BMGs 来说，在150—350°C 制备一块金属玻璃就像与一个热 的特殊形状的物体。 范围内。一般来说，在远低于T 的温 G 力学的时钟赛跑一样。当金属液体冷 块体金属玻璃热塑性成形 度范围，多数BMGs 具有高的弹性和 却到熔点TM 以下时，这个时钟开始 晶体的失效行为主要与其晶格点 强度，但是却没有好的塑性，具有典 活动。通常，过冷金属液体的焓和体 阵中的缺陷——位错的数量、分布及 型的脆性材料的特征。 积会随着温度的降低而降低，到达玻 性质有关。作为非晶态结构的材料， 然而，当温度升高到T 附近及以 G 璃转变温度T 后，原子的重新排列十 BMGs 中不存在位错及相关的缺陷。 上时，情况发生了戏剧性的变化。当 G 分困难，最终形成类似液体的无序玻 因此，它们拥有一些独特的性能，比 将BMGs 重新加热到T 上方的过冷液 G 璃态结构。换言之，要制备金属玻 如高的强度和弹性。事实上，BMGs 相区时，它会慢慢向液态弛豫，形成 璃，就必须尽可能快的将液体从TM 是已知的强度最高的工程材料之一， 一种亚稳态的高粘度的过冷液体。科 过冷至T ，以保证此过程中晶体相没 其强度通常比钢高。另一个衡量材料 学上，这一区域非常有趣，因为它使 G 有机会形核和长大。现在我们知道， 的生存能力的重要力学指标是韧性， 对热力学上远离平衡态的高粘度熔体 对于某些特定金属合金，其热力学时 即材料抵抗裂纹扩展的能力。BMGs 进行基本研究变得可能。同时，在技 钟比其他金属走得慢，在比较低的冷 在这个指标上表现出比较大的差异： 术上，它产生了一种独特的金属成形 却速度下就可以形成玻璃。这类合金 有些金属玻璃非常脆，小裂纹就很容 方法。在过冷液相区，通过一个热塑 就是我们通常说的块体金属玻璃 易扩展成大裂缝；另外一些则韧性极 性成形过程，BMGs 可以像塑料一样 (BMGs) 。近几十年来，在国际上许 高。此外，BMGs 还有一个很难处理 成形和模塑。首先，合金熔体被冷却 多研究组的努力下，已经开发了成分 的性质，就是它的塑性。所谓塑性， 至发生玻璃化转变，形成金属玻璃。 范围很广的块体金属玻璃体